中心議題：
- 汽車防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
- 汽車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
- 汽車防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
解決方案：
- 采用增強(qiáng)型32位低功耗單片機(jī)STM32F103VC
- 液晶顯示器選用SMG12864G3-ZK標(biāo)準(zhǔn)中文字符
- 采用SM-2B型指紋識(shí)別模塊
隨著汽車市場(chǎng)的飛速發(fā)展和人們生活水平的提高，越來(lái)越來(lái)多的汽車進(jìn)入普通家庭。汽車防盜就顯得尤為重要，成為一個(gè)亟待解決的重要的社會(huì)問(wèn)題。目前市場(chǎng)上銷售的汽車防盜報(bào)警器多為加裝式汽車防盜器和采用電子密碼鑰匙的汽車防盜器。加裝式汽車防盜器主要采用串接式的線路，對(duì)于精通汽車電路的盜賊來(lái)說(shuō)，用跨接的方法可很輕松地避開(kāi)防盜電路，防盜系統(tǒng)如同虛設(shè)。對(duì)于采用電子密碼鑰匙的汽車防盜器，盜賊一般通過(guò)偷取鑰匙，并利用遙控器快速尋車并實(shí)施盜竊。這說(shuō)明現(xiàn)有的汽車防盜裝置的防盜手段并不可靠。而采用指紋識(shí)別模塊驗(yàn)證車主身份并輔助多種報(bào)警措施來(lái)完成汽車防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)，能夠在不改變汽車整體電路的情況下盡可能地保障汽車的安全。指紋識(shí)別是生物特征識(shí)別的一種，它利用指紋特征的惟一性和終身不變性對(duì)個(gè)人身份進(jìn)行認(rèn)證，具有極高的安全性和易用性。本文將指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于汽車防盜系統(tǒng)中，并結(jié)合GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，有效地保障了汽車的安全。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
該汽車防盜器主要由MCU、指紋識(shí)別模塊、無(wú)線通信模塊、LCD顯示屏、語(yǔ)音電路、電子密碼鑰匙接口電路、鍵盤、控制電路和電源電路等組成。其硬件原理框圖如圖1所示。MCU選用意法半導(dǎo)體公司推出的基于低功耗的嵌入式ARM CortexTM—M3內(nèi)核的增強(qiáng)型32位芯片STM32F10 3VC，它的工作電壓為2．0～3．6 V，本設(shè)計(jì)采用3．3 V，其最高工作頻率可達(dá)到72 MHz，具有多達(dá)80個(gè)快速I／O端口，所有I／O口可以映像到16個(gè)外部中斷，幾乎所有端口均可容忍5 V信號(hào)。片內(nèi)具有256 KB的FLASH，2個(gè)I2C接口，2個(gè)SPI接口，3個(gè)USART接口，3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲／輸出比較／PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入，2個(gè)看門狗定時(shí)器(獨(dú)立的和窗口型的)等。圖l中“KEY—ON”為汽車鑰匙位置，取自鑰匙開(kāi)關(guān)，經(jīng)光電耦合后送入STM32F103VC的PE10。無(wú)線通信模塊和指紋識(shí)別模塊分別經(jīng)RS 232收發(fā)器MAX3232接STlM32F103VC的USART1和USART2；密碼鑰匙由U盤實(shí)現(xiàn)，USB接口連接STM32F103VC的SPI1；語(yǔ)音電路接STM32F103VC的SPI2；4×4鍵盤與PE0～PE7連接，液晶顯示數(shù)據(jù)由PD0～PD7提供。
主要工作原理如下：車主停車熄火后，防盜器進(jìn)入鎖定狀態(tài)。此時(shí)如果汽車鑰匙不在ON位，就不能進(jìn)行指紋識(shí)別；只有當(dāng)汽車鑰匙在ON位，才可用指紋識(shí)別解鎖防盜器并自動(dòng)點(diǎn)火。在鎖定狀態(tài)下，汽車的油路、電路等被切斷，汽車鑰匙無(wú)法點(diǎn)火；如果強(qiáng)行剪斷指紋采集模塊和控制盒的連線，或者不識(shí)別指紋而強(qiáng)行用汽車鑰匙點(diǎn)火，汽車會(huì)通過(guò)鳴號(hào)、閃燈和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。在鎖定狀態(tài)插入密碼鑰匙可進(jìn)入解鎖狀態(tài)，并可根據(jù)LCD和語(yǔ)音提示通過(guò)小鍵盤進(jìn)行指紋注冊(cè)／刪除、手機(jī)號(hào)碼設(shè)置和應(yīng)急點(diǎn)火等操作。
2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2．1 USB接口電路
USB接口電路主要由文件管理控制芯片CH376T實(shí)現(xiàn)，CH376T支持USB設(shè)備方式和USB主機(jī)方式，并且內(nèi)置了USB通信協(xié)議的基本固件、處理MassStorage海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通信協(xié)議的固件、SD卡的通信接口固件、FAT16和FAT32以及FAT12文件系統(tǒng)的管理固件，支持常用的USB存儲(chǔ)設(shè)備和SD卡。CH376T支持二種通信接口：SPI接口和異步串口。本設(shè)計(jì)采用SPI接口與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電路連接方式如圖2所示。串行數(shù)據(jù)輸入SDI、輸出SDO和時(shí)鐘SCK分別接STM32F103VC的SPI1_MOSI，SPI1_MISO和SPI1_SCK，中斷請(qǐng)求輸出端INT接PC0，片選端SCS由PA1控制。圖2中的RESET是系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，晶體振蕩器Y1選12 MHz。當(dāng)車主要進(jìn)行指紋注冊(cè)／刪除或應(yīng)急點(diǎn)火時(shí)，將密碼鑰匙(U盤)接入J1以讀取密碼信息。
[page]
2．2 液晶顯示器
液晶顯示器選用SMG12864G3-ZK標(biāo)準(zhǔn)中文字符及圖形點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，采用點(diǎn)陣型液晶顯示器，可顯示128×64點(diǎn)陣或4行×8個(gè)漢字，內(nèi)置ST7920接口型液晶顯示控制器，內(nèi)帶GB2312碼簡(jiǎn)體中文字庫(kù)(16×16點(diǎn)陣)，可與MCU直接連接，具有8位并行及串行的連接方式。本設(shè)計(jì)采用并行方式與STM32F103VC相連接，數(shù)據(jù)端DB0～DB7接STM32F103VC的PD0～PD7，其數(shù)據(jù)／命令選擇端RS、讀／寫控制信號(hào)R／W和使能端E分別連接PB2、PA14和PA15。在本防盜器中液晶顯示器用于顯示操作方法和操作內(nèi)容。
2．3 語(yǔ)音電路
語(yǔ)音電路原理圖如圖3所示，由美國(guó)ISD公司的語(yǔ)音芯片ISD4004-16和美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的音頻功率放大器LM386等元件構(gòu)成。ISD4004 -16錄放時(shí)間為16 min(可分段)，它采用CMOS技術(shù)，單電源3 V工作，內(nèi)含振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。它內(nèi)置微控制器SPI總線串行通信接口。可將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需通過(guò)A／D或D／A轉(zhuǎn)換。使得ISD語(yǔ)音電路具有音質(zhì)自然、使用方便、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗、抗斷電等許多優(yōu)點(diǎn)。LM386工作電壓范圍寬，電壓增益可調(diào)。具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中STM32F103VC通過(guò)SPI2給ISD4004傳送語(yǔ)音信息。圖3中的V1和V2分別經(jīng)三極管與+3．3 V和+12 V電源相連，三極管的通斷由STM32F103VC的PCI1和PCI2控制，只有在需要語(yǔ)音提示時(shí)，才使三極管導(dǎo)通給ISD4004和LM386供電。
2．4 控制電路
控制電路由光電流耦合器TLP521、大電流驅(qū)動(dòng)器MC1413和四個(gè)12 V小型繼電器K1～K4構(gòu)成，繼電器的吸合由STM32F103VC控制。繼電器K1，K2分別串接在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊和油泵電源回路，作用是在鎖定狀態(tài)切斷汽車電路和油路，繼電器K3和K4分別并接在汽車?yán)群娃D(zhuǎn)向燈電路中，用于聲光報(bào)警。并接汽車?yán)鹊睦^電器設(shè)置有投切開(kāi)關(guān)，可根據(jù)實(shí)際情況接通或斷開(kāi)喇叭報(bào)警。
2．5 電源電路
本防盜器共用到+12 V，+5 V和+3．3 V三種電壓的電源。音頻功率放大器和控制電路的+12 V電源直接采用汽車電源。12 V電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路LM2576-5得到+5V電壓，+5V電壓再經(jīng)SPX1117-3．3可得到+3．3V電壓。
2．6 指紋識(shí)別模塊
采用SM-2B型指紋識(shí)別模塊，它由高速DSP處理器、FPC電容式指紋傳感器和FLASH芯片等構(gòu)成，可存儲(chǔ)512枚指紋模板，具有豐富的指令集搜索時(shí)間小于1．0 s，認(rèn)假率小于0．001％，拒真率小于1％，自帶RS 232串行通信接口，通信波特率為57 600 b／s，STM32F103VC通過(guò)USART2對(duì)指紋識(shí)別模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)指紋圖像采集與處理、指紋特征采集、指紋模板錄入、模板存儲(chǔ)、指紋比對(duì)、指紋搜索等功能。
2．7 無(wú)線通信模塊
本設(shè)計(jì)采用西門子公司推出的無(wú)線通信GSM模塊TC35。該模塊的工作電壓為3．3～5．5 V。可以工作在900 MHz／1 800 MHz二個(gè)頻段，自帶RS 232通信接口，可以方便地與MCU連機(jī)通信，安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)等。電路中TC35通過(guò)MAX3 232與STM32F103VC的USART1進(jìn)行通信，當(dāng)有警情發(fā)生時(shí)，防盜器會(huì)自動(dòng)向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信。這樣便可實(shí)時(shí)、可靠、快捷地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。
[page]
在鎖定狀態(tài)，車主要進(jìn)行指紋注冊(cè)／刪除或應(yīng)急點(diǎn)火時(shí)，接入密碼鑰匙，通過(guò)鍵盤操作STM32F103VC在其PA1產(chǎn)生CH376T芯片的SPI片選信號(hào)，低電平有效，然后按SPI輸出方式發(fā)出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，延時(shí)1．5μs，從CH376T接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，等待SPI接口空閑后，MCU繼續(xù)從CH376T接收數(shù)據(jù)，直到MCU禁止SPI片選。接下來(lái)對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行密碼匹配，密碼匹配正確時(shí)可進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，車主可根據(jù)語(yǔ)音和LCD提示進(jìn)行操作，操作結(jié)束便返回鎖定狀態(tài)。如果密碼匹配不正確將發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)并切斷電路和油路。如果不進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)插入汽車鑰匙并打至“ON”位，可進(jìn)行指紋采集和匹配，匹配正確可自動(dòng)點(diǎn)火(點(diǎn)火失敗時(shí)可用車鑰匙再次點(diǎn)火)，如果指紋匹配不正確，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警并保持電路和油路為斷開(kāi)狀態(tài)。
4 結(jié)論
本文采用增強(qiáng)型32位低功耗單片機(jī)STM32F103VC、指紋識(shí)別技術(shù)和無(wú)線通信GSM技術(shù)設(shè)計(jì)了汽車防盜系統(tǒng)，它利用人體指紋的生物特征的惟一性，通過(guò)指紋識(shí)別控制汽車的電路、油路等，從而達(dá)到防盜的目的。活體指紋的不可復(fù)制性以及復(fù)雜性，可以做到防解碼的特點(diǎn)，解決了目前廣泛采用的無(wú)線遙控方式存在空中截碼和非法獲取電子鑰匙合法開(kāi)車等問(wèn)題。GSM技術(shù)增加了人防功能，它能通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有效的彌補(bǔ)了單一防盜電路的缺點(diǎn)，保障了汽車的安全。
